Question

11．氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈，开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向，目前所采用或正在研究的主要储氢材料有：配位氢化物、富氢载体化合物、碳质材料、金属氢化物等．
（1）Ti（BH₄）₂是一种过渡元素硼氢化物储氢材料．
①基态Ti²⁺中含有的电子数为20，电子占据的最高能级是3d，该能级具有的原子轨道数为5．
②BH₄^-中的B原子的杂化方式是sp³．
（2）金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料．
①LiH中，离子半径：Li⁺＜（填“＞”“＜”或“=”）H^-．
②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物，M的部分电离能如表所示：

I1/kJ•mol-1	I2/kJ•mol-1	I3/kJ•mol-1	I4/kJ•mol-1	I5/kJ•mol-1
738	1451	7733	10540	13630

该氢化物的化学式为MgH₂．
（3）液氨是富氢物质，是氢能的理想载体．
①NH₃的相对分子质量小于PH₃，但NH₃的沸点却远高于PH₃，其原因是氨气分子之间可以形成氢键．
②NH₃容易和分子中有空轨道的BF₃反应形成新的化合物（用“→”表示配位键），该化合物的结构式为．
（4）2008年，Yoon等人发现Ca与C₆₀（分子结构如图甲）生成的Ca₃₂C₆₀能大量吸附H₂分子．

①C₆₀晶体易溶于苯、CS₂，C₆₀是非极性（填“极性”或“非极性”）分子．
②1mol C₆₀分子中，含有σ 键数目为90N_A个．（阿伏加德罗常数数值为N_A）
（5）某金属氢化物储氢材料的晶胞结构如图乙所示，该金属氢化物的化学式为H₂R．已知该晶体的密度为a g•cm^-3，金属元素R的相对原子质量为M，阿伏加德罗常数数值为N_A，则该晶胞的体积为$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）①Ti是22号元素其原子核外有22个电子，Ti原子失去两个电子生成Ti²⁺，该离子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d电子，电子占据的最高能级是3d能级，该能级具有的原子轨道数为5；
②BH₄^-中B原子价层电子对个数是4且不含孤对电子对，根据价层电子对互斥理论判断B原子的杂化方式；
（2）①电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数增大而减小；
②根据表中数据知，M原子核外有2个电子，位于第IIA族，在化合物中呈现+2价，H为-1价，根据化合价判断化学键；
（3）①结构相似的氢化物，含有氢键的物质熔沸点较高；
②NH₃容易和分子中有空轨道的BF₃反应形成新的化合物，N原子和B原子之间存在配位键；
（4）①非极性分子的溶质极易溶于非极性分子的溶剂；
②根据图知，每个C原子含有σ 键个数=$\frac{1}{2}$×3=1.5；
（5）该晶胞中H原子个数=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子个数之比=4：2=2：1；根据密度和摩尔质量计算V=$\frac{m}{ρ}$．

解答 解：（1）①Ti是22号元素其原子核外有22个电子，Ti原子失去两个电子生成Ti²⁺，所以基态Ti²⁺中含有的电子数为20；该离子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d电子，电子占据的最高能级是3d能级，该能级具有的原子轨道数为5；
故答案为：20；3d；5；
②BH₄^-中B原子价层电子对个数是4且不含孤对电子对，根据价层电子对互斥理论知B原子的杂化方式为sp³，
故答案为：sp³；
（2）①电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数增大而减小，所以离子半径：Li⁺＜H^-，
故答案为：＜；
②根据表中数据知，M原子核外有2个电子，位于第IIA族，在化合物中呈现+2价，为Mg元素，H为-1价，该化合物化学键为MgH₂，
故答案为：MgH₂；
（3）①结构相似的氢化物，含有氢键的物质熔沸点较高，氨气分子和膦分子结构相似，但氨气中含有氢键，导致熔沸点升高，
故答案为：氨气分子之间可以形成氢键；
②NH₃容易和分子中有空轨道的BF₃反应形成新的化合物，N原子和B原子之间存在配位键，其结构式为，
故答案为：；
（4）①非极性分子的溶质极易溶于非极性分子的溶剂，C₆₀晶体易溶于苯、CS₂，C₆₀是非极性分子，故答案为：非极性；
②根据图知，每个C原子含有σ 键个数=$\frac{1}{2}$×3=1.5，1mol该物质中σ 键个数=1.5×60×1mol×N_A/mol=90N_A，故答案为：90N_A；
（5）该晶胞中H原子个数=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子个数之比=4：2=2：1，所以其化学式为H₂R，该晶胞体积=$\frac{\frac{M+2}{{N}_{A}}×2}{ρ}$cm³=$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$cm³，
故答案为：H₂R；$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、相似相溶原理、氢键、原子核外电子排布等知识点，这些都是高频考点，难点是晶胞计算、价层电子对互斥理论，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．